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隔声屏障结构声学模拟、设计与性能优化应用研究

作　者: 陈继浩
导　师: 隋同波；冀志江
学　校: 中国建筑材料科学研究总院
专　业: 材料学
关键词: 声屏障计算机模拟屏体结构顶部结构隔声吸声
分类号: U491.91
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国车辆的急剧增加和道路交通的快速发展,道路噪声影响日益严重,提高隔声屏障降噪性能的研究成为重点。利用仿真模拟软件RAYNOISE对声屏障T形和Y形顶部结构及多重楔形屏体结构的降噪效果进行了研究。确定了T形和Y形顶部结构各自的适用范围;研究了三种结构添加实用的吸声材料对降噪效果的影响。用隔声室对中空铝塑复合板的隔声性能进行了测试,用驻波管法对泡沫铝及相应结构的隔声吸声性能进行了研究。根据模拟结果设计了渐变腔T形顶部结构加多重楔形组合的声屏障并在京秦高速公路进行了工程实践。仿真模拟结果显示:多重楔形结构相对于直立形声屏障具有较好的降噪效果。如:在屏障后距离30m、高度2m处具有14.5dB的插入损失,在相同位置处比直立形声屏障的插入损失大4.3dB。屏体上部的半多重楔形和整个屏体的多重楔形具有相同的降噪效果,该新发现为简化屏体设计提供了依据。模拟结果显示:Y形分叉型顶部结构在声影区较高高度具有较好的降噪效果。在屏障后50m距离、高度20m的插入损失仍能达到3.4dB,比直立形高出3.2dB,适合用于防治高度较高的噪声敏感点噪声。而T形圆弧形顶部结构在屏障后低于2m区域有较好的降噪效果,在此区域插入损失比直立形高出1.7~2.4dB,适用于屏障后较低区域的噪声敏感点。模拟结果显示,附加吸声材料的三种结构不能改善声屏障后的降噪效果。模拟结果显示:多重楔形结构和T形圆弧型顶部结构组合的声屏障在高度低于2m区域的降噪效果得到明显提高,比单独应用多重楔形与T形圆弧形结构分别高出2.4dB和4.6dB,可能是T形圆弧型顶部结构减少了顶部绕射声向底部区域的传播。隔声室测试结果显示,中空铝塑复合板在低频表现出较好的隔声性能,达到25dB以上。驻波管法对泡沫铝进行测试,结果具有较好的吸声性能,当空腔深度增加时吸声系数峰值向低频移动,在空腔深度为125mm时,吸收峰值频率移动到500Hz,与交通噪声的频率一致,吸收频带变宽,吸声系数可达到0.94。两种材料具有良好的隔声、吸声性能,适用于隔声屏障建设。按照模拟结果结合噪声环境现状设计了渐变腔T型弧形顶部结构并应用于高速公路。这种结构空腔深度为70mm~140mm,空腔截面逐渐变化,具有吸收低频及宽频带噪声的特点,可以更好吸收顶部绕射声。设计了T形圆弧形顶部结构与半多重楔形结构的组合屏体,在京秦高速公路建设了高度3m,长度380m的声屏障。实测显示声屏障在20m时实测插入损失达到10.9dB,与报道的类似测试位置高度为4m的声屏障降噪效果一致。对声屏障实测降噪效果与仿真模拟结果进行了比较,实测结果与模拟结果具有相同的变化规律。模拟结果与实测结果相比偏高,原因可能是模拟假设声源条件与实际有差异、背景噪声、屏障漏声等因素。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-14
  1.1 课题研究背景  11-13
  1.2 课题来源及主要研究内容  13-14
第二章文献综述  14-42
  2.1 道路噪声构成及特点  14-15
    2.1.1 道路噪声构成  14-15
    2.1.2 道路噪声频谱特征  15
  2.2 道路隔声屏障研究方法进展  15-23
    2.2.1 隔声屏障降噪原理  15-18
    2.2.2 研究方法进展  18-23
  2.3 隔声屏障结构技术  23-32
    2.3.1 隔声屏障顶部结构研究  24-29
    2.3.2 吸声结构  29-31
    2.3.3 其他类型声屏障  31-32
  2.4 隔声屏障材料技术  32-37
    2.4.1 声屏障材料应用情况  32-34
    2.4.2 声屏障吸声材料的发展  34-36
    2.4.3 声屏障透明材料的应用  36
    2.4.4 新型声屏障吸隔声材料应用和发展  36-37
  2.5 声屏障工程设计研究进展  37-42
    2.5.1 声屏障声学及结构设计  38-39
    2.5.2 声屏障缝隙漏声对降噪性能的影响  39-41
    2.5.3 声屏障设计及施工  41
    2.5.4 声屏障景观设计  41-42
第三章隔声屏障降噪效果计算机仿真模拟  42-65
  3.1 声学软件RAYNOISE 简介  42-45
    3.1.1 RAYNOISE 系统的基本原理及应用  43-44
    3.1.2 RAYNOISE 的特点  44-45
  3.2 声屏障计算机仿真条件设定  45-47
    3.2.1 噪声声源条件设置  45
    3.2.2 声屏障布置及环境设置  45-47
  3.3 计算机仿真模拟声屏障降噪效果及分析  47-64
    3.3.1 未设置声屏障时噪声传播  47-48
    3.3.2 多重楔形屏障体结构的降噪模拟  48-54
    3.3.3 三种顶部结构的降噪效果模拟  54-61
    3.3.4 顶部结构与多层楔形结构屏体组合声屏障  61-64
  3.4 本章小结  64-65
第四章隔声屏障结构设计研究  65-82
  4.1 噪声敏感点情景分析  65-68
    4.1.1 京秦高速简况  65-66
    4.1.2 敏感点环境噪声分析  66-68
  4.2 声屏障设计参数的确定  68-69
    4.2.1 声屏障设计目标值  68
    4.2.2 声屏障位置  68-69
    4.2.3 声屏障高度、长度的确定  69
  4.3 声屏障顶部结构设计  69-72
    4.3.1 T 形顶部结构  70-71
    4.3.2 Y 形顶部结构  71-72
  4.4 声屏障屏体结构设计  72-73
    4.4.1 多重楔形结构  72-73
    4.4.2 透明结构  73
    4.4.3 泡沫铝吸声结构  73
  4.5 声屏障密封结构设计  73-75
    4.5.1 H 形立柱与屏障板之间的密封  73-74
    4.5.2 屏障板之间的密封  74-75
    4.5.3 声屏障挡板与顶部吸声装置的密封  75
    4.5.4 底部缝隙的密封  75
  4.6 声屏障景观设计  75-76
  4.7 声屏障总体结构设计  76-77
  4.8 按标准计算的结果与模拟结果的比较  77-81
    4.8.1 声屏障插入损失计算方法  77-80
    4.8.2 声屏障插入损失的结果比较  80-81
  4.9 本章小结  81-82
第五章隔声屏障材料的声学性能研究  82-92
  5.1 隔声材料及构件性能测试  82-85
    5.1.1 隔声性能测试条件  82
    5.1.2 中空铝塑复合板隔声性能测试  82-84
    5.1.3 聚碳酸酯板隔声性能测试  84-85
    5.1.4 泡沫铝构件隔声性能测试  85
  5.2 吸声材料吸声性能测试  85-90
    5.2.1 测试条件  86-87
    5.2.2 吸声性能测试结果  87-90
  5.3 本章小结  90-92
第六章隔声屏障工程实践  92-97
  6.1 声屏障安装  92-93
  6.2 声屏障降噪效果分析  93-96
  6.3 本章小结  96-97
结论  97-98
参考文献  98-105
攻读博士期间发表论文及科研成果  105-106
致谢  106

隔声屏障结构声学模拟、设计与性能优化应用研究

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